納米結構及浸潤性對液滴潤濕行為的影響*

李文 馬驍婧? 徐進良2) 王艷 雷俊鵬

1) (華北電力大學, 低品位能源多相流與傳熱北京市重點實驗室, 北京 102206)

2) (華北電力大學, 電站能量傳遞轉化與系統教育部重點實驗室, 北京 102206)

1 引 言

液滴在固體表面的潤濕行為是自然界中普遍存在的物理現象, 廣泛應用于印刷工藝、涂料技術、交通運輸、航空航天和能源系統等領域[1].眾所周知, 潤濕狀態(Cassie, Partial Wenzel和Wenzel)是影響冷凝液滴生長和脫離的關鍵因素[2,3].受自然界中“荷葉效應”[4-6]的啟發, 越來越多的學者關注超疏水表面的滴狀凝結換熱及強化機理.受液滴潤濕模式的影響, 超疏水納米結構表面冷凝存在彈跳、滾動和滑動三種液滴脫落模式[7], 研究液滴在納米結構表面的潤濕行為對減小液滴脫離尺寸, 促進冷凝液滴脫落, 進而強化滴狀冷凝傳熱有著重要意義.

目前研究的粗糙表面上的潤濕狀態主要分為Wenzel模型[8]和Cassie模型[9]兩種理論.Wenzel[8]認為粗糙表面的存在使得實際固-液接觸面積大于所觀察到的表面面積, 并假設液滴完全充滿納米結構并潤濕壁面.潤濕表面的表觀接觸角(θw)和本征接觸角(θe)之間滿足關系:

其中r為粗糙度因子, 表示液滴與固體表面接觸的實際面積與投影面積的比值.Cassie和Baxter[9]進一步拓展了Wenzel方程, 認為液滴在粗糙表面上的接觸是一種復合接觸, 當表面較疏水時, 液滴不能完全潤濕凹槽, 液滴與表面之間有空氣存在,所以表觀上的固-液接觸面實際上由固-液接觸面和氣-液接觸面共同組成.復合表面的表觀……